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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- IL-13Rα2抑制IL-13依賴的肺纖維化作用研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 肺纖維化是多種肺部疾患共有的常見(jiàn)病理改變。由于其發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜性，探索新的早期診斷標(biāo)記以及研發(fā)基于特異性表面標(biāo)記的抗肺纖維化新藥成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本參賽作品通過(guò)對(duì)IL-13Rα2抑制IL-13相關(guān)的肺纖維化研究，闡明了IL-13Rα2抗肺纖維化的作用，為肺纖維化的臨床診治提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論參考。
- 詳細(xì)介紹：
- 以細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）過(guò)量沉積為主要特征的纖維化，是多種器官或系統(tǒng)疾患發(fā)展過(guò)程中的一種重要病理改變。研究表明，以IL-13為代表的免疫平衡失調(diào)導(dǎo)致肺成纖維細(xì)胞激活、增生，繼而產(chǎn)生大量膠原蛋白是肺纖維化形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 IL-13有兩種結(jié)構(gòu)和功能截然不同的受體：IL-13Rα1和IL-13Rα2。IL-13Rα1主要通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)IL-13的信號(hào)發(fā)揮促纖維化的作用；IL-13Rα2有三種表型：可溶型sIL-13Rα2、膜型mIL-13Rα2和胞內(nèi)型IL-13Rα2，三者的轉(zhuǎn)換機(jī)制和作用目前仍不清楚。 本作品通過(guò)運(yùn)用MTT法、Transwell和RNAi技術(shù)、RT-PCR、ELISA、免疫細(xì)胞化學(xué)（熒光法）以及羥脯氨酸法（消化法）膠原蛋白檢測(cè)技術(shù)，對(duì)肺成纖維細(xì)胞在IL-13刺激下細(xì)胞增殖、遷移和膠原蛋白的生成情況進(jìn)行了檢測(cè)與分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)的IL-13對(duì)正常肺成纖維細(xì)胞增殖、遷移、IL-13Rα1和IL-4Rα表達(dá)水平以及膠原蛋白的生成影響不顯著；正常肺成纖維細(xì)胞不表達(dá)IL-13Rα2；而 IL-13能以劑量-時(shí)間依賴的方式上調(diào)IL-13Rα2的表達(dá)；在IL-13Rα的三種表型中，胞內(nèi)型mIL-13Rα2的相對(duì)含量最高且主要分布于近細(xì)胞核的中央?yún)^(qū)，可溶型sIL-13Rα2的含量約為前者的1/2~1/3，膜型mIL-13Rα2表達(dá)最少；IL-13Rα2 siRNA 轉(zhuǎn)染肺成纖維細(xì)胞后，IL-13表現(xiàn)為能明顯促進(jìn)IL-13Rα2 Knockdown的肺成纖維細(xì)胞增殖、遷移和膠原蛋白生成。本作品揭示了IL-13Rα2能抑制IL-13依賴的肺纖維化作用，并探討了IL-13Rα2在抗肺纖維化治療中的潛在價(jià)值和開(kāi)展后續(xù)研究的可行性。
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作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 目的：明確IL-13Rα2在IL-13依賴的肺纖維化中的作用，并探討其在抗肺纖維化治療中的潛在價(jià)值。 基本思路：通過(guò)檢測(cè)分析IL-13對(duì)正常肺成纖維細(xì)胞和IL-13Rα2 Knock-down的肺成纖維細(xì)胞增殖、遷移和膠原蛋白生成情況的不同影響，證實(shí)IL-13Rα2抑制IL-13依賴的肺纖維化作用，并討論IL-13Rα2三種不同表型在抗肺纖維化治療中的不同應(yīng)用價(jià)值。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：本作品運(yùn)用Transwell、ELISA、免疫熒光和RNAi等多項(xiàng)技術(shù)，分析IL-13Rα2抑制IL-13依賴的肺纖維化作用，課題設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，論證有序、結(jié)論合理。 先進(jìn)性：本作品對(duì)IL-13Rα2抑制IL-13依賴的肺纖維化作用的研究緊跟國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，具有獨(dú)創(chuàng)性。 獨(dú)特性：本作品詳細(xì)分析和論述IL-13對(duì)IL-13Rα2三種表型的表達(dá)調(diào)控，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究中尚屬首次報(bào)道。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本作品闡明了IL-13Rα2能抑制IL-13依賴的肺纖維化作用，該結(jié)論能為抗肺纖維化診治提供新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論參考。針對(duì)正常肺成纖維細(xì)胞不表達(dá)IL-13Rα2，而IL-13活化的肺成纖維細(xì)胞能表達(dá)膜表面型IL-13Rα2的特性，后者或許能作為肺纖維化病理診斷和新藥靶點(diǎn)加以進(jìn)一步研究和應(yīng)用；而可溶型sIL-13Rα2或許可以作為外源性治療藥物，抑制高水平IL-13依賴的肺纖維化疾病的進(jìn)展。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 目的：通過(guò)對(duì)肺成纖維細(xì)胞在IL-13刺激下細(xì)胞增殖、遷移和膠原蛋白生成情況的檢測(cè)與分析，明確IL-13Rα2在肺纖維化中的作用，并探討其在抗肺纖維化治療中的潛在價(jià)值。 方法：MTT法、Transwell技術(shù)細(xì)胞增殖和遷移檢測(cè)；RT-PCR、ELISA和免疫細(xì)胞化學(xué)（熒光法）受體表達(dá)與定位檢測(cè)；肺成纖維細(xì)胞 IL-13Rα2 siRNA轉(zhuǎn)染；RT-PCR和羥脯氨酸法膠原蛋白檢測(cè)。 結(jié)果： 1）IL-13對(duì)正常肺成纖維細(xì)胞增殖、遷移、IL-13Rα1和IL-4Rα表達(dá)水平以及膠原蛋白的生成影響不顯著； 2）正常肺成纖維細(xì)胞不表達(dá)IL-13Rα2；而 IL-13能以劑量-時(shí)間依賴的形式上調(diào)IL-13Rα2的表達(dá)； 3）胞內(nèi)型mIL-13Rα2的相對(duì)含量最高且主要分布于近細(xì)胞核的中心區(qū)，可溶型sIL-13Rα2的含量約為前者的1/2-1/3，膜型 mIL-13Rα2表達(dá)最少； 4）IL-13能明顯促進(jìn)IL-13Rα2 Knockdown的肺成纖維細(xì)胞增殖、遷移和膠原蛋白生成。 結(jié)論：IL-13Rα2能抑制IL-13對(duì)肺成纖維細(xì)胞增殖、遷移和膠原蛋白生成的作用。 關(guān)鍵詞：肺纖維化；IL-13；肺成纖維細(xì)胞；IL-13Rα2；膠原蛋白
獲獎(jiǎng)情況
- 本作品所在課題由參賽隊(duì)員獨(dú)立完成并獲國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃：《IL-13、TNF-α對(duì)肺成纖維細(xì)胞IL-13Rα2表達(dá)和膠原蛋白合成的影響》（N0. 091040306）和《與IL-13Rα2相關(guān)的肺纖維化和骨肉瘤臨床分子診斷與靶向藥物治療研究》（No.101040307）項(xiàng)目資助；研究論文《IL-13促進(jìn)肝星狀細(xì)胞增殖和膠原蛋白表達(dá)》已被中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào)（國(guó)家中文核心期刊）收錄（指導(dǎo)老師為第一作者，參賽隊(duì)員為第二作者）。
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- 1.Fulkerson PC,et al. Persistent effects induced by IL-13 in the lung, Am J Respir Cell Mol Biol 2006, 35:337-346 2.Rahaman SO,et al. IL-13R(alpha)2, a decoy receptor for IL-13 acts as an inhibitor of IL-4-dependent signal transduction in glioblastoma cells, Cancer Res 2002, 62:1103-1109 3.Tang L, et al. Expression and characterization of recombinant canine IL-13 receptor alpha2 protein and its biological activity in vitro, Mol Immunol 2003, 39:719-727 4.Fichtner-Feigl S, et al. IL-13 signaling through the IL-13alpha2 receptor is involved in induction of TGF-beta1 production and fibrosis, Nat Med 2006, 12:99-106 5.Daines MO, et al. Level of expression of IL-13R alpha 2 impacts receptor distribution and IL-13 signaling, J Immunol 2006, 176:7495-7501 6.Andrews AL,et al. IL-13 receptor alpha 2: a regulator of IL-13 and IL-4 signal transduction in primary human fibroblasts, J Allergy Clin Immunol 2006, 118:858-865
同類課題研究水平概述
- 各種原因引起的肺纖維化是嚴(yán)重危害人類健康的重大公共衛(wèi)生問(wèn)題。盡管早期的炎癥浸潤(rùn)和膠原分泌有利于免疫反應(yīng)和組織修復(fù)，但細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的過(guò)度沉積可導(dǎo)致肺組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)重塑甚至功能失常，嚴(yán)重時(shí)不可逆的肺纖維化甚至引起呼吸功能的衰竭以致死亡。 目前針對(duì)肺纖維化的主要治療方法包括：激素療法、抗炎療法、手術(shù)療法和器官移植等。但由于肺纖維化發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜性和可變性，現(xiàn)有的方案只能在不同程度上緩解臨床癥狀，而不能從根本上逆轉(zhuǎn)其進(jìn)展。隨著高通量靶向藥物篩選技術(shù)的飛速發(fā)展，尋找具有肺纖維化組織器官特異性的細(xì)胞表面分子標(biāo)記，進(jìn)而研發(fā)更具專一性的抗肺纖維化藥物成為近年來(lái)相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。 目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)肺纖維化的研究主要集中在病因及流行病學(xué)、肺成纖維細(xì)胞活化和Th1/Th2反應(yīng)平衡三個(gè)方面，其中以針對(duì)Th1/Th2反應(yīng)的研究為多。而細(xì)胞因子相關(guān)作用研究方面的熱點(diǎn)主要在TNF、IFN、 TGF和IL-13四種細(xì)胞因子上。其中TNF和IFN屬于Th1細(xì)胞因子，主要起抑制肺纖維化的作用；TGF和IL-13屬 Th2細(xì)胞因子，主要起促進(jìn)纖維化的作用。此外，由于IL-13能上調(diào)TGF的表達(dá)，進(jìn)而產(chǎn)生放大的纖維化作用，因而被看作是纖維化疾病過(guò)程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。 IL-13有兩種結(jié)構(gòu)和功能不同的受體：IL-13Rα1和IL-13Rα2。IL-13Rα1主要通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)IL-13的信號(hào)發(fā)揮促纖維化的作用；IL-13Rα2有三種表型：可溶型sIL-13Rα2、膜型mIL-13Rα2和胞內(nèi)型IL-13Rα2。由于IL-13Rα2的胞內(nèi)區(qū)很短，沒(méi)有結(jié)合信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的能力，因而長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為只能作為“decoy receptor”發(fā)揮抗纖維化的作用；但近年來(lái)也有報(bào)道顯示，IL-13Rα2能轉(zhuǎn)到IL-13的信號(hào)，從而上調(diào)TGF的表達(dá)產(chǎn)生強(qiáng)大的促纖維化作用。 綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)IL-13Rα2表型間的轉(zhuǎn)換機(jī)制仍不清楚，IL-13Rα2的作用仍存在很大爭(zhēng)議，而本文即圍繞這些問(wèn)題展開(kāi)研究和討論。
